CN117960085A - 一种电子级五氯化磷连续合成工艺及设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电子级五氯化磷连续合成工艺，包括：三氯化磷原料连续输送至脱轻塔中或先输送进入三氯化磷冷却器与经过精制的高纯度液态三氯化磷进行换热，再进入脱轻塔；脱轻塔塔釜液输送至精制塔，精制塔塔顶气相经脱轻塔再沸器、精制塔顶冷凝器冷凝得到高纯度三氯化磷；液氯在液氯汽化器中气化成氯气，经过氯气吸附器内部装填的分子筛脱水后，从氯气进料口通入五氯化磷合成釜；三氯化磷通过抽吸器，自三氯化磷进料口进入五氯化磷合成釜，与氯气经过相对的冲击流喷射口喷射撞击，反应生成固体五氯化磷。本发明五氯化磷产品纯度可达到电子级；三氯化磷精制采用热耦合精馏，能耗相对节省40％；采用冲击流反应方式，五氯化磷收率提高至99％。

Description

一种电子级五氯化磷连续合成工艺及设备

技术领域

本发明属于精细化工领域，具体属于氯化剂、催化剂、脱水剂等领域，涉及一种电子级五氯化磷连续合成工艺及设备。

背景技术

五氯化磷是有机化工合成中的重要原料，被广泛用于医药、化学纤维、染料等领域。五氯化磷的生产工艺重要有以下3种：(1)、气气反应：将三氯化磷汽化，通入至充满氯气的反应釜中，少量气相三氯化磷与过量氯气充分接触反应生成五氯化磷固体，凝结在釜壁的五氯化磷通过刮刀剥离、沉降至反应釜底部，通过输送机不断移出五氯化磷产品，系统内氯气通过外循环压缩冷却系统移出反应热。(2)、气液反应：将少量液相三氯化磷液体喷淋至充满氯气(即氯气过量)的反应釜中，三氯化磷液体表面与氯气接触反应生成五氯化磷颗粒固体，五氯化磷颗粒固体沉降至反应釜底部，通过输送机不断移出五氯化磷产品，系统内氯气通过外循环压缩冷却系统移出反应热。(3)、气液反应：将氯气通入含有液相三氯化磷的反应釜中，少量氯气在过量液相三氯化磷中快速反应生成五氯化磷固体，反应热通过蒸发三氯化磷经反应釜顶换热器冷凝移出，液相三氯化磷继续回流至反应釜内反应。当生成的五氯化磷固体达到黏糊状态时停止通入氯气，补入高温氮气吹扫五氯化磷固体表面的三氯化磷，得到五氯化磷产品。

目前，国内主要采用第3种生产方法，工艺过程主要包括干燥、除杂、氯化、置换等工序。该方法以液态三氯化磷和氯气为原料，在反应釜中以三氯化磷为底液，主要反应如下：

PCl₃+Cl₂＝PCl₅

专利CN 114956021 A公开了一种五氯化磷的制备方法，氯气与三氯化磷的摩尔比大于等于5，采用大量过量的循环氯气与喷洒形成的三氯化磷液滴反应合成五氯化磷，沉降在底部的五氯化磷通过螺旋输送机进行输送。该方法虽然增大了气液反应接触面积，产品颗粒更加均匀。但反应压力较高(反应器压力维持在0.15～0.5MPa)，通过对循环气相氯气降温来移出反应热，由于气相氯气比热较低，所需要的氯气循环量大，设备投资成本高，产品五氯化磷在输送过程中易逸散出氯气，不利于安全生产。

专利CN 102897728 A将氯气与三氯化磷作为原料，采用釜式搅拌鼓泡和顶部冷却回流循环的方式，通过干燥、除杂、汽化、缓冲、氯化、置换等工序合成五氯化磷。该工艺设备简单、反应条件温和。但存在反应不完全、反应终点不易控制、产品纯度低、产品颗粒不均匀等缺点，不能用于生产高纯度五氯化磷。

发明内容

本发明的目的是针对现有五氯化磷合成工艺不成熟、产品质量差、安全性低的问题，提供一种新的五氯化磷生产工艺，该工艺以氯气和三氯化磷为原料，通过氯气纯化、三氯化磷精制、氯化反应等工序，提高了五氯化磷产品纯度和装置生产能力，系统安全性高更易控制，消除了原有工艺对环境的污染。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种电子级五氯化磷连续合成设备，包括液氯汽化吸附装置、三氯化磷精制装置、五氯化磷合成装置；

所述的氯气吸附装置包括依次连接的液氯汽化器4、氯气吸附器1、氯气缓冲罐2，由液氯汽化吸附装置完成氯气提纯；

所述的三氯化磷精制装置包括脱轻塔5、脱轻塔顶冷凝器6、脱轻塔再沸器7、精制塔9、精制塔顶冷凝器10、精制塔回流罐11、三氯化磷冷却器13、精制塔再沸器14；所述的脱轻塔5的进料口与三氯化磷冷却器13的冷却介质出口连接，三氯化磷原料先经三氯化磷冷却器13再进入脱轻塔5或直接进料；所述的脱轻塔5塔顶设有脱轻塔顶冷凝器6，所述的脱轻塔5塔釜与脱轻塔再沸器7连接，在脱轻塔5内脱除三氯化磷中轻组分，脱轻塔5塔底出口与精制塔9的进料口连接；所述的精制塔9塔顶气相出口经脱轻塔再沸器7与精制塔顶冷凝器10连接，将精制塔9塔顶气相作为再沸器7的热源实现精馏塔热耦合取热，减少再沸器蒸汽用量，未冷凝的气相再进入到精制塔顶冷凝器10中，达到节能的效果；精制塔顶冷凝器10的出液口与精制塔回流罐11的进口连接，所述的精制塔回流罐11的出口设置有两条管路，一条管路与精制塔9的回流口连接，另一条管路与三氯化磷冷却器13连接；所述的精制塔9塔釜与精制塔再沸器14连接，精制塔9塔底设有出料口排出重组分；在所述的精制塔9内脱除三氯化磷中的重组分；

所述的五氯化磷合成装置包括五氯化磷合成釜16、冷凝器17、五氯化磷气体输送罐3、抽吸器18；所述的抽吸器18的液相进料口与三氯化磷冷却器13连接，抽吸器18与五氯化磷合成釜16的三氯化磷进口连接；所述的五氯化磷合成釜16的氯气进料口与氯气缓冲罐2连接；五氯化磷合成釜16的下料口与五氯化磷气体输送罐3连接；所述的五氯化磷合成釜16的气相出口与液氯汽化器4的供热介质进口连接将五氯化磷合成釜16排出的尾气作为热源加热液氯使液氯汽化，液氯汽化器4的供热介质出口与冷凝器17连接，冷凝器17管程的出口与抽吸器18的抽吸口连接。

所述的氯气吸附器1内装填针对氯气脱水的分子筛。所述的针对氯气脱水的分子筛可以选用ZGS高效耐酸分子筛。

在所述的氯气缓冲罐2的出口设置有流量计用于控制氯气流量；在所述的三氯化磷冷却器13出口设置有流量计控制三氯化磷流量；通过计量控制氯气与三氯化磷流量，调整反应进行程度。

所述的脱轻塔顶冷凝器6与脱轻塔5塔顶直接连接，脱轻塔顶冷凝器6作为回流冷凝器。将冷凝器直接安装在脱轻塔塔顶，能够节约建设布置面积，简化流程。

在所述的脱轻塔5塔底出口与精制塔9的连接管路上设置有脱轻塔釜泵8。所述的脱轻塔5塔底出口经脱轻塔釜泵8与精制塔9中部的进料口连接。

在所述的精制塔回流罐11的出口设置有精制塔回流泵12，在精制塔回流泵12的出口设置有两条管路，一条管路与精制塔9回流口连接，另一条管路与三氯化磷冷却器13连接。

在所述的精制塔9塔底出料口管路上设置有精制塔釜泵15。

所述的五氯化磷合成釜16内部设置有冲击流反应组件，所述的冲击流反应组件由两条对称的“U”型流通管线22组成，两条“U”型流通管线的进口分别与三氯化磷进料口、氯气进料口连接，每条“U”型流通管线的两侧直管分别设置有冲击流喷射口，“U”型流通管线的冲击流喷射口相对的是另外一条“U”型流通管线的冲击流喷射口，当两条“U”型流通管线同时通入物料，在出口处喷射出两种物料相互撞击形成更大的接触面积；在所述的五氯化磷合成釜16内部设置有搅拌轴，沿釜壁分别设置有刮刀和螺带，防止釜壁五氯化磷板结。本发明在五氯化磷合成釜16设置冲击流反应组件，有利于三氯化磷与氯气充分接触反应，搅拌采用刮刀加螺带的组合方式，避免釜壁五氯化磷板结和底部五氯化磷堆积，更有利于五氯化磷固体颗粒均匀成形。

相对的两个冲击流喷射口的距离为0.15～0.3mm，优选为0.2m。

在所述的搅拌轴上设置有水平搅拌桨；所述的刮刀和螺带分别由搅拌桨固定；刮刀贴近反应釜内壁。

所述的五氯化磷合成釜16中，三氯化磷进料口、氯气进料口距离筒体上端1/4～2/3，优选为1/3～2/3。所述的五氯化磷合成釜16的三氯化磷进料口和氯气进料口分别位于同一高度，三氯化磷和氯气同时进料，经过冲击流喷射口，三氯化磷与氯气撞击反应，增大氯气与三氯化磷接触面积，反应更加充分。

所述的五氯化磷合成釜16配备有称重模块，根据称重重量精确判断釜内五氯化磷生产量。

所述的抽吸器18为文丘里抽吸器。

本发明的另一个目的是提供一种电子级五氯化磷连续合成工艺，步骤如下：

步骤(1)、三氯化磷精制：将三氯化磷原料连续输送至脱轻塔5中，或先连续输送进入三氯化磷冷却器13与经过精制的高纯度液态三氯化磷进行换热，再进入脱轻塔5；脱轻塔5塔顶气相经脱轻塔顶冷凝器6冷凝后内回流至塔内，不凝轻组分杂质经脱轻塔顶冷凝器6气相出口至尾气系统，脱轻塔塔釜液输送至精制塔，精制塔塔顶气相经脱轻塔再沸器、精制塔顶冷凝器换热冷凝得到高纯度三氯化磷，回流至精制塔回流罐内，一部分回流至精制塔内，一部分进入三氯化磷冷却器冷却以进一步降温；精制塔塔釜为重组分，经精制塔釜泵采出；

步骤(2)、氯气吸附：液氯在液氯汽化器中气化成氯气，将氯气通入到氯气吸附器中，经过氯气吸附器内部装填的分子筛脱水后，进入氯气缓冲罐，通过流量计精确计量后，从氯气进料口通入五氯化磷合成釜；

步骤(3)、五氯化磷合成：经过三氯化磷冷却器冷却的三氯化磷通过抽吸器，自三氯化磷进料口进入五氯化磷合成釜，与氯气经过相对的冲击流喷射口喷射撞击，三氯化磷与氯气反应生成固体五氯化磷，五氯化磷颗粒沉降至五氯化磷合成釜底部，五氯化磷合成釜排出的尾气依次进入液氯汽化器与液氯换热、经冷凝器冷却，部分被抽吸器吸入，返回五氯化磷合成釜，剩余排至尾气回收，氯气中含有惰性组分，随着反应的进行系统压力会升高，因此排出部分冷却后的尾气；

步骤(4)、气体输送：随着五氯化磷的生成，当五氯化磷合成釜中五氯化磷产品达到合成釜1/5体积时，打开五氯化磷合成釜下料阀，五氯化磷下落至五氯化磷气体输送罐，卸料完成后关闭下料阀，五氯化磷气体输送罐送至下游工段。

步骤(1)中，所述的三氯化磷原料的纯度≥99％wt，砷化物≤50ppmm，正磷酸≤0.2％，游离磷<50ppm，进料温度为35～65℃，优选为45～55℃。

所述的脱轻塔5的压力0(表压0代表常压)～0.1MPaG，优选为0～10KPaG；脱轻塔5塔顶操作温度70～80℃，优选为76～78℃；脱轻塔5的回流比100～200，优选为150～170。

所述的脱轻塔顶冷凝器6的温度为35～50℃，优选为40～45℃。

所述的脱轻塔再沸器7的温度为75～85℃，优选为76～80℃。

所述的精制塔9的压力0.1～0.2MPaG，优选为0.12～0.15MPaG，精制塔9的塔顶操作温度100～120℃，优选为105～115℃；精制塔9的回流比5～10，优选为6～8。

所述的精制塔顶冷凝器10的温度为100～120℃，优选为105～115℃。

所述的精制塔再沸器14的温度为106～128℃，优选为110～120℃。

所述的三氯化磷冷却器13的温度为35～55℃，优选为40～45℃。

所述的高纯度三氯化磷的纯度≥99.9％，砷化物≤15ppm，正磷酸≤0.015％，游离磷≤20ppm。

步骤(2)中，所述的原料液氯的纯度≥99％wt，进料温度-10～20℃，优选为-6～10℃，进料压力0.2～0.7MPaG，优选为0.3～0.6MPaG，水含量200～100ppm。

所述的液氯汽化器4的操作温度45～80℃，优选为50～60℃。

所述的液氯汽化器4的操作压力0.1～0.5MPaG，优选为0.2～0.4MPaG。

所述的氯气吸附器1的操作压力与液氯汽化器的操作压力相同。

所述的氯气缓冲罐2的压力为0.1～0.5MPaG，优选为0.1～0.4MPaG。

经过氯气吸附处理的氯气的水含量≤20ppm。控制氯气水含量≤20ppm，避免氯气中的水分会与五氯化磷和三氯化磷反应，降低收率，五氯化磷吸潮后还会板结。

步骤(3)中，所述的五氯化磷合成釜的反应压力为0.01～0.1MPaG，优选为0.02～0.08MPaG；反应温度为78～120℃，优选80～100℃。

所述的五氯化磷合成釜的搅拌器的转速为20～100转/分，优选为30～60转/分。

所述的氯气的进料流量与三氯化磷的进量流量的摩尔比为1.1:1～1.5:1，优选为1.15:1～1.3:1。

所述的冷凝器的操作压力为常压，操作温度为40～60℃，优选40～50℃。

步骤(4)中，五氯化磷的纯度≥99.9％wt，砷≤10ppm。

本发明工艺原理：

传统工艺多采用未提纯的高砷三氯化磷用于合成五氯化磷，得到的五氯化磷杂质含量高，达不到电子化学品所需纯度。与现有工艺相比。本发明采用两级精馏塔，一级精馏塔采用塔内内回流模式，脱除少量溶解在三氯化磷中的轻组分，二级精馏塔脱除溶解在三氯化磷里的重组分亚磷酸、游离态的磷。从原料上保障了五氯化磷产品的纯度，且两级精馏采用热耦合精馏，能耗相对传统精馏降低40％。

传统工艺多采用氯气直接通入至三氯化磷液体中进行鼓泡反应，回流三氯化磷直接回落至合成釜中，该方式氯气反应不完全，易从气相中分散出去，造成原料损耗大。且反应终点不宜判断，只能通过反应釜视镜口观察五氯化磷反应状态。与现有工艺相比，本发明三氯化磷进料和氯气进料采用冲击流反应，反应更加充分，生成的五氯化磷回落至釜底。设置称重模块能够更加精准的判断反应终点状态，及时调控三氯化磷、氯气进料。

传统工艺多采用大量过量的循环氯气与喷洒形成的三氯化磷液滴反应合成五氯化磷，沉降在底部的五氯化磷通过螺旋输送机进行输送。该反应过程压力控制较高，通过对循环气相氯气降温来移出反应热，由于气相氯气比热较低，所需要的氯气循环量大，设备投资成本高，产品五氯化磷在输送过程中易逸散出氯气，不利于安全生产。与现有工艺相比，本发明在反应方式上控制氯气过量，循环氯气经过两级冷凝后通过抽吸器，与三氯化磷继续反应，减少氯气排放。

和传统技术相比，本发明的有益效果为：

(1)、本发明对三氯化磷和氯气进一步提纯，原料纯度更高，五氯化磷产品纯度可达到电子行业要求。

(2)、本发明三氯化磷精制采用热耦合精馏，能耗相对于传统精馏节省40％左右。本发明将三氯化磷原料先通入冷却器中用于冷却精制得到的高纯度三氯化磷，再进料，更利于节约循环水。

(3)、本发明采用冲击流反应方式，五氯化磷收率相较传统反应提高至99％。

(4)、本发明采用文丘里抽吸器，有效回收尾气中的氯气。

(5)、本发明采用氯气特质分子筛脱水，使用寿命和脱水效果显著提升。

(6)、本发明五氯化磷合成实现连续式反应，设备投资少，产能高。

附图说明

图1为本发明电子级五氯化磷连续合成设备的结构示意图。

图2为五氯化磷合成釜的结构示意图。

图3为五氯化磷合成釜中冲击流反应组件的俯视图。

图中，1-氯气吸附器，2-氯气缓冲罐，3-五氯化磷气体输送罐，4-液氯汽化器，5-脱轻塔，6-脱轻塔顶冷凝器，7-脱轻塔再沸器，8-脱轻塔釜泵，9-精制塔，10-精制塔顶冷凝器，11-精制塔回流罐，12-精制塔回流泵，13-三氯化磷冷却器，14-精制塔再沸器，15-精制塔釜泵，16-五氯化磷合成釜，17-冷凝器，18-抽吸器，19-冲击流反应组件，20-螺带，21-刮刀，22-“U”型流通管线。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步说明，下述实施例是说明性的，不是限定性的，不能以下述实施例来限定本发明的保护范围。

实施例1

如图1-图3所示，一种电子级五氯化磷连续合成设备，包括液氯汽化吸附装置、三氯化磷精制装置、五氯化磷合成装置。

所述的氯气汽化吸附装置包括依次连接的液氯汽化器4、氯气吸附器1(装填ZGS高效耐酸分子筛)、氯气缓冲罐2，由液氯汽化吸附装置完成氯气提纯。

所述的三氯化磷精制装置包括脱轻塔5、脱轻塔顶冷凝器6、脱轻塔再沸器7、脱轻塔釜泵8、精制塔9、精制塔顶冷凝器10、精制塔回流罐11、精制塔回流泵12、三氯化磷冷却器13、精制塔再沸器14；所述的脱轻塔5的进料口与三氯化磷冷却器13的冷却介质出口连接，三氯化磷原料先经三氯化磷冷却器13的冷却介质进口进入三氯化磷冷却器13，与经过精制的高纯度液态三氯化磷换热，再从三氯化磷冷却器13的冷却介质出口排出，进入脱轻塔5；所述的脱轻塔5塔顶设置有脱轻塔顶冷凝器6，使脱轻塔5与脱轻塔顶冷凝器6直接连接形成内回流模式；所述的脱轻塔5塔釜与脱轻塔再沸器7直接连接，在脱轻塔5内脱除三氯化磷中轻组分；脱轻塔5塔底出口经脱轻塔釜泵8与精制塔9中部的进料口连接；所述的精制塔9塔顶气相出口与脱轻塔再沸器7连接实现热耦合精馏，脱轻塔再沸器7与精制塔顶冷凝器10连接，将精制塔9塔顶气相作为再沸器7的热源实现精馏塔热耦合取热，减少再沸器蒸汽用量，未冷凝的气相再进入到精制塔顶冷凝器10中；精制塔顶冷凝器10的出液口与精制塔回流罐11的进口连接，在所述的精制塔回流罐11的出口设置有精制塔回流泵12，在所述的精制塔回流泵12的出口设置有两条管路，一条管路与精制塔9回流口连接，另一条管路与三氯化磷冷却器13连接；所述的精制塔9塔釜与精制塔再沸器14连接，精制塔9塔底出料口管路设置有精制塔釜泵15；在精制塔9内完成三氯化磷中重组分的脱除。

所述的五氯化磷合成装置包括五氯化磷合成釜16、冷凝器17、五氯化磷气体输送罐3、抽吸器18，所述的抽吸器18的液相进料口与三氯化磷冷却器13连接，抽吸器18与五氯化磷合成釜16的三氯化磷进口连接；所述的五氯化磷合成釜16的氯气进料口与氯气缓冲罐2连接；所述的五氯化磷合成釜16内部设置有冲击流反应组件，所述的冲击流反应组件由两条对称的“U”型流通管线22组成，两条“U”型流通管线的进口分别与三氯化磷进料口、氯气进料口连接，每条“U”型流通管线的两侧直管分别设置有冲击流喷射口，“U”型流通管线的冲击流喷射口相对的是另外一条“U”型流通管线的冲击流喷射口，相对的两个冲击流喷射口的距离为0.2m；在所述的五氯化磷合成釜16内部设置有搅拌轴，在所述的搅拌轴上设置有水平搅拌桨；沿釜壁分别设置有刮刀和螺带，刮刀和螺带分别由搅拌桨固定；刮刀贴近反应釜内壁；五氯化磷合成釜16的下料口与五氯化磷气体输送罐3连接；五氯化磷合成釜16的气相出口与液氯汽化器4的供热介质进口连接，液氯汽化器4的供热介质出口与冷凝器17连接，冷凝器17管程的出口与抽吸器18抽吸口连接。

所述的氯气缓冲罐2与三氯化磷冷却器13出口均设置有流量计，通过计量控制氯气与三氯化磷流量，调整反应进行程度。

所述的五氯化磷合成釜16配备有称重模块，根据称重重量精确判断釜内五氯化磷生产量。

所述的五氯化磷合成釜16的三氯化磷进料口和氯气进料口位于同一高度，距离筒体上端1/2。

基于上述合成设备生产五氯化磷的方法，步骤如下：

步骤(1)、三氯化磷精制：将三氯化磷原料连续输送至三氯化磷冷却器13，与经过精制的高纯度液态三氯化磷换热，经预热后进入脱轻塔5中，被冷却的高纯度三氯化磷进入抽吸器18中；脱轻塔5塔釜内三氯化磷经脱轻塔再沸器7加热，上升的三氯化磷蒸汽进入脱轻塔顶冷凝器6冷凝，液态三氯化磷内回流至塔内，不凝轻组分杂质自脱轻塔顶冷凝器的气相出口排出，至尾气系统，脱轻塔5塔釜的液态三氯化磷经脱轻塔釜泵8输送至精制塔9；精制塔塔釜三氯化磷经精制塔再沸器14加热，上升三氯化磷蒸汽自塔顶排出，依次进入脱轻塔再沸器7、精制塔顶冷凝器10，精制塔顶冷凝器10的凝液即为高纯度三氯化磷，高纯度液态三氯化磷回流至精制塔回流罐11内，经精制塔回流泵12，一部分回流至精制塔9内，一部分经三氯化磷冷却器13进一步降温；精制塔塔釜为重组分，经精制塔釜泵15排出；

步骤(2)、氯气吸附：液氯在液氯汽化器4中气化成氯气，将氯气通入到氯气吸附器1中，氯气自上而下通过氯气吸附器，经过分子筛脱水后，进入氯气缓冲罐2中，通过流量计精确计量后，从三氯化磷进料口通入五氯化磷合成釜16；

步骤(3)、五氯化磷合成：来自三氯化磷冷却器13的高纯度三氯化磷通过抽吸器18，经三氯化磷进料口进入五氯化磷合成釜16，与氯气经过相对的冲击流喷射口喷射撞击，三氯化磷与氯气反应生成固体五氯化磷，五氯化磷颗粒沉降至五氯化磷合成釜的底部；自五氯化磷合成釜的出气口排出的尾气进入液氯汽化器4作为热源加热液氯使液氯汽化，再进入冷凝器17进行冷却，部分被吸入至抽吸器18，剩余排至尾气回收；

步骤(4)、气体输送：随着五氯化磷的生成，当五氯化磷合成釜中五氯化磷产品达到合成釜1/5体积，打开五氯化磷合成釜下料阀，五氯化磷下落至五氯化磷气体输送罐，卸料完成后关闭下料阀，五氯化磷气体输送罐送至下游工段。

实施例2

基于实施例1的电子级五氯化磷连续合成设备连续化合成五氯化磷的方法，步骤如下：

步骤(1)、将三氯化磷原料(温度；35℃，含量：三氯化磷：99％wt，砷化物：50ppm，正磷酸：0.2％，游离磷：50ppm)连续通入三氯化磷冷却器13与经过静制的高纯度液态三氯化磷进行换热，再进入脱轻塔5(操作压力0.005MPaG，操作温度76℃，回流比150)中，经脱轻塔再沸器7(操作压力0.01MpaG，操作温度80℃)加热，塔顶气相经脱轻塔顶冷凝器6(操作压力0.001MPaG，操作温度45℃)冷凝后，三氯化磷中的轻组分自脱轻塔顶冷凝器6顶部气相出口排出，进入到尾气系统中，液相内回流到脱轻塔内，经脱轻塔再沸器7(操作压力0.01MpaG，操作温度80℃)加热后，轻组分气相继续上升至塔顶。脱轻塔5塔釜为含有重组分的三氯化磷，自脱轻塔塔底出料口排出，经脱轻塔釜泵8进入到精制塔9(操作压力0.1MpaG，操作温度100℃，回流比6)中，塔顶高纯度气相三氯化磷自塔顶气相出口排出后进入脱轻塔再沸器7，再进入精制塔冷凝器10(操作压力0.1MpaG，操作温度100℃)冷凝，液相流至精制塔回流罐11中，高纯度三氯化磷经精制塔回流泵12，一部分回流至精制塔9内，另一部分经三氯化磷冷却器13(操作温度45℃)冷却后，采出纯度为99.98％wt的三氯化磷(砷化物：15ppm，正磷酸：0.015％，游离磷：20ppm)至抽吸器18；精制塔塔釜重组分经精制塔釜泵15排出，至废液处理系统；

步骤(2)、将液氯(进料压力0.2MPaG，进料温度-6℃，水含量200ppm)连续通入到液氯汽化器4(操作压力0.2MPaG，操作温度50℃)中，氯气汽化后进入到氯气吸附器1中，经过吸附器内部ZGS高效耐酸分子筛脱水后，进入到氯气缓冲罐2(操作压力0.18MpaG，操作温度58℃，氯气水含量20ppm)；

步骤(3)、氯气缓冲罐2中的氯气通过流量计精确计量后，从氯气进料口通入五氯化磷合成釜16；来自三氯化磷冷却器13的三氯化磷通过抽吸器18，从三氯化磷进料口进料至五氯化磷合成釜16中；控制氯气进料流量与三氯化磷进料流量的摩尔比为1.2:1，五氯化磷合成釜的操作压力0.02MpaG、操作温度80℃，五氯化磷合成釜的搅拌机的转速为30转/分；氯气与三氯化磷通过合成釜中冲击流反应组件，氯气与三氯化磷反应生成五氯化磷，五氯化磷固体下落至合成釜底部，反应热通过尾气带出至液氯汽化器1，经液氯汽化器1、冷凝器17(常压，操作温度40℃)冷凝后，部分抽吸至抽吸器继续与三氯化磷反应，剩余排至尾气回收；

步骤(4)、随着五氯化磷的生成，当五氯化磷合成釜中五氯化磷产品达到合成釜1/5体积时，打开五氯化磷合成釜固体下料阀，五氯化磷下落至五氯化磷气体输送罐，卸料完成后关闭下料阀，五氯化磷气体输送罐送至下游工段，五氯化磷纯度为99.9％wt，砷化物含量10ppm。五氯化磷收率99.2％。

实施例3

基于实施例1的电子级五氯化磷连续合成设备连续化合成五氯化磷的方法，步骤如下：

步骤(1)、将三氯化磷(温度；35℃，含量：三氯化磷：99％wt，砷化物：50ppm，正磷酸：0.2％，游离磷：50ppm)连续通入三氯化磷冷却器13与经过静制的高纯度液态三氯化磷进行换热，再进入脱轻塔5(操作压力0.006MPaG，操作温度78℃，回流比120)中，经脱轻塔再沸器7(操作压力0.011MPaG，操作温度80℃)加热，塔顶气相经脱轻塔顶冷凝器6(操作压力0.001MPaG，操作温度45℃)冷凝后，三氯化磷中的轻组分自脱轻塔顶冷凝器6顶部气相出口排出，进入到尾气系统中，液相内回流到脱轻塔内，经脱轻塔再沸器7(操作压力0.011MPaG，操作温度80℃)加热后轻组分气相继续上升至塔顶；脱轻塔5塔釜为含有重组分的三氯化磷，自脱轻塔塔底出料口排出，经脱轻塔釜泵8进入到精制塔9(操作压力0.15MPaG，操作温度110℃，回流比6)中；精制塔塔顶高纯度气相三氯化磷自塔顶气相排出后进入脱轻塔再沸器7，再进入精制塔冷凝器10(操作压力0.15MpaG，操作温度105℃)冷凝，液相流至精制塔回流罐11中，高纯度三氯化磷经精制塔回流泵12，一部分回流至精制塔9内，另一部分经三氯化磷冷却器13(操作温度45℃)冷却后，采出纯度为99.99％wt的三氯化磷(砷化物：10ppm，正磷酸：0.01％，游离磷：10ppm)至抽吸器18；精制塔塔釜重组分经精制塔釜泵15排出，至废液处理系统；

步骤(2)、将液氯9(进料压力0.3MpaG，进料温度0℃，水含量180ppm)连续通入到液氯汽化器4(操作压力0.25MpaG，操作温度60℃)中，氯气汽化后进入到氯气吸附器1中，经过吸附器内部ZGS高效耐酸分子筛脱水后，进入到氯气缓冲罐2(操作压力0.2MpaG，操作温度60℃，氯气水含量17ppm)；

步骤(3)、氯气缓冲罐2中的氯气通过流量计精确计量后，从氯气进料口通入五氯化磷合成釜16；来自三氯化磷冷却器13的三氯化磷通过抽吸器18，从三氯化磷进料口进料至五氯化磷合成釜16中；控制氯气进料流量与三氯化磷进料流量的摩尔比为1.3:1，五氯化磷合成釜的操作压力0.03MpaG、操作温度82℃，五氯化磷合成釜的搅拌机的转速为35转/分；氯气与三氯化磷通过合成釜中冲击流反应组件，氯气与三氯化磷反应生成五氯化磷，五氯化磷固体下落至合成釜底部，反应热通过尾气带出至液氯汽化器1，经液氯汽化器1、冷凝器17(常压，操作温度42℃)冷凝后，部分抽吸至抽吸器继续与三氯化磷反应，剩余排至尾气回收；

步骤(4)、随着五氯化磷的生成，当五氯化磷合成釜达到中五氯化磷产品达到合成釜1/5体积时，打开五氯化磷合成釜固体下料阀，五氯化磷下落至五氯化磷气体输送罐，卸料完成后关闭下料阀，五氯化磷气体输送罐送至下游工段，五氯化磷纯度为99.9％wt，砷化物含量7ppm。五氯化磷收率99.3％；

对比例1

步骤(1)、将三氯化磷(温度；35℃，含量：三氯化磷：99％wt，砷化物：50ppm，正磷酸：0.2％，游离磷：50ppm)连续通入三氯化磷冷却器13与经过静制的高纯度液态三氯化磷进行换热，再进入脱轻塔5(操作压力0.01MpaG，操作温度79℃，回流比120)中，经脱轻塔再沸器7(操作压力0.015MPaG，操作温度86℃)加热，塔顶气相经脱轻塔顶冷凝器6(操作压力0.001MPaG，操作温度52℃)冷凝后，三氯化磷中的轻组分自脱轻塔顶冷凝器6顶部气相出口排出，进入到尾气系统中，液相回流到塔内，经脱轻塔再沸器7(操作压力0.015MpaG，操作温度86℃)加热后轻组分气相继续上升至塔顶；脱轻塔5塔釜为含有重组分的三氯化磷，自脱轻塔塔底出料口排出，经脱轻塔釜泵8进入到精制塔9(操作压力0.18MpaG，操作温度120℃，回流比6)中；精制塔塔顶高纯气相三氯化磷自塔顶气相排出后进入脱轻塔再沸器7，再进入精制塔冷凝器10(操作压力0.18MpaG，操作温度110℃)冷凝，液相流至精制塔回流罐11中，高纯度三氯化磷经精制塔回流泵12，一部分回流至精制塔9内，另一部分经三氯化磷冷却器13(操作温度45℃)冷却后，采出纯度为99.8％wt的三氯化磷(砷化物：20ppm，正磷酸：0.015％，游离磷：10ppm)至抽吸器18；精制塔塔釜重组分经精制塔釜泵15排出，至废液处理系统。

步骤(2)、将液氯(进料压力0.5MpaG，进料温度15℃，水含量150ppm)连续通入到液氯汽化器(操作压力0.48MpaG，操作温度70℃)4中，氯气汽化后进入到氯气吸附器1中，经过吸附器内部ZGS高效耐酸分子筛脱水后，进入到氯气缓冲罐2(操作压力0.45MpaG，操作温度70℃，氯气水含量100ppm)；

步骤(3)、氯气缓冲罐2中的氯气通过流量计精确计量后，从氯气进料口通入五氯化磷合成釜16；来自三氯化磷冷却器13的三氯化磷通过抽吸器18，从三氯化磷进料口进料至五氯化磷合成釜16中；控制氯气进料流量与三氯化磷进料流量的摩尔比为1.1:1，五氯化磷合成釜的操作压力0.05MpaG、操作温度89℃，五氯化磷合成釜的搅拌机的转速为30转/分；氯气与三氯化磷通过合成釜中冲击流反应组件，氯气与三氯化磷反应生成五氯化磷，五氯化磷固体下落至合成釜底部，反应热通过尾气带出至液氯汽化器1，经液氯汽化器1、冷凝器17(常压，操作温度45℃)冷凝后，部分抽吸至抽吸器继续与三氯化磷反应，剩余排至尾气回收；

步骤(4)、随着五氯化磷的生成，当五氯化磷合成釜中五氯化磷产品达到合成釜1/5体积时，打开五氯化磷合成釜固体下料阀，五氯化磷下落至五氯化磷气体输送罐，卸料完成后关闭下料阀，五氯化磷气体输送罐送至下游工段，五氯化磷纯度为99.5％wt，砷化物含量15ppm。五氯化磷收率99％。

Claims (10)

1.一种电子级五氯化磷连续合成设备，其特征在于：包括液氯汽化吸附装置、三氯化磷精制装置、五氯化磷合成装置；

所述的氯气吸附装置包括依次连接的液氯汽化器、氯气吸附器、氯气缓冲罐，由液氯汽化吸附装置完成氯气提纯；

所述的三氯化磷精制装置包括脱轻塔、脱轻塔顶冷凝器、脱轻塔再沸器、精制塔、精制塔顶冷凝器、精制塔回流罐、三氯化磷冷却器、精制塔再沸器；所述的脱轻塔的进料口与三氯化磷冷却器的冷却介质出口连接；所述的脱轻塔塔顶设有脱轻塔顶冷凝器，所述的脱轻塔塔釜与脱轻塔再沸器连接，脱轻塔塔底出口与精制塔的进料口连接；所述的精制塔塔顶气相出口经脱轻塔再沸器与精制塔顶冷凝器连接；精制塔顶冷凝器的出液口与精制塔回流罐的进口连接，所述的精制塔回流罐的出口设置有两条管路，一条管路与精制塔的回流口连接，另一条管路与三氯化磷冷却器连接；所述的精制塔塔釜与精制塔再沸器连接，精制塔塔底设有出料口排出重组分；

所述的五氯化磷合成装置包括五氯化磷合成釜、冷凝器、五氯化磷气体输送罐、抽吸器；所述的抽吸器的液相进料口与三氯化磷冷却器连接，抽吸器与五氯化磷合成釜的三氯化磷进口连接；所述的五氯化磷合成釜的氯气进料口与氯气缓冲罐连接；五氯化磷合成釜的下料口与五氯化磷气体输送罐连接；所述的五氯化磷合成釜的气相出口与液氯汽化器的供热介质进口连接，液氯汽化器的供热介质出口与冷凝器连接，冷凝器管程的出口与抽吸器的抽吸口连接。

2.根据权利要求1所述的电子级五氯化磷连续合成设备，其特征在于：在所述的氯气缓冲罐的出口设有流量计用于控制氯气流量；在所述的三氯化磷冷却器出口设有流量计控制三氯化磷流量。

3.根据权利要求1所述的电子级五氯化磷连续合成设备，其特征在于：所述的脱轻塔顶冷凝器与脱轻塔塔顶直接连接，脱轻塔顶冷凝器作为回流冷凝器。

4.根据权利要求1所述的电子级五氯化磷连续合成设备，其特征在于：在所述的脱轻塔塔底出口与精制塔的连接管路上设置有脱轻塔釜泵；在所述的精制塔回流罐的出口设有精制塔回流泵，在精制塔回流泵的出口设有两条管路，一条管路与精制塔回流口连接，另一条管路与三氯化磷冷却器连接；在所述的精制塔塔底出料口管路上设有精制塔釜泵。

5.根据权利要求1所述的电子级五氯化磷连续合成设备，其特征在于：所述的五氯化磷合成釜内部设有冲击流反应组件，所述的冲击流反应组件由两条对称的“U”型流通管线组成，两条“U”型流通管线的进口分别与三氯化磷进料口、氯气进料口连接，每条“U”型流通管线的两侧直管分别设置有冲击流喷射口；在所述的五氯化磷合成釜内部设有搅拌轴，沿釜壁分别设置有刮刀和螺带；所述的五氯化磷合成釜中，三氯化磷进料口、氯气进料口距离筒体上端1/4～2/3，优选为1/3～2/3；所述的五氯化磷合成釜的三氯化磷进料口和氯气进料口分别位于同一高度。

6.一种基于权利要求1所述的电子级五氯化磷连续合成设备的电子级五氯化磷连续合成工艺，其特征在于：包括以下步骤：

步骤(1)、三氯化磷精制：将三氯化磷原料连续输送至脱轻塔中，或先连续输送进入三氯化磷冷却器与经过精制的高纯度液态三氯化磷进行换热，再进入脱轻塔；脱轻塔塔釜液输送至精制塔，精制塔塔顶气相经脱轻塔再沸器、精制塔顶冷凝器换热冷凝得到高纯度三氯化磷，回流至精制塔回流罐内，一部分回流至精制塔内，一部分进入三氯化磷冷却器冷却；

步骤(2)、氯气吸附：液氯在液氯汽化器中气化成氯气，经过氯气吸附器内部装填的分子筛脱水后，进入氯气缓冲罐，从氯气进料口通入五氯化磷合成釜；

步骤(3)、五氯化磷合成：经过三氯化磷冷却器冷却的三氯化磷通过抽吸器，自三氯化磷进料口进入五氯化磷合成釜，与氯气经过相对的冲击流喷射口喷射撞击，三氯化磷与氯气反应生成固体五氯化磷，五氯化磷颗粒沉降至五氯化磷合成釜底部，五氯化磷合成釜排出的尾气依次进入液氯汽化器与液氯换热、经冷凝器冷却，部分被抽吸器吸入，返回五氯化磷合成釜，剩余排至尾气回收；

步骤(4)、气体输送：当五氯化磷合成釜中五氯化磷产品达到合成釜1/5体积时，打开五氯化磷合成釜下料阀，五氯化磷下落至五氯化磷气体输送罐。

7.根据权利要求6所述的电子级五氯化磷连续合成工艺，其特征在于：所述的三氯化磷原料的纯度≥99％wt，砷化物≤50ppmm，正磷酸≤0.2％，游离磷<50ppm，进料温度为35～65℃，优选为45～55℃；所述的高纯度三氯化磷的纯度≥99.9％，砷化物≤15ppm，正磷酸≤0.015％，游离磷≤20ppm；五氯化磷的纯度≥99.9％wt，砷≤10ppm。

8.根据权利要求6所述的电子级五氯化磷连续合成工艺，其特征在于：步骤(1)中，所述的脱轻塔的压力0～0.1MPaG，优选为0～10KPaG；脱轻塔塔顶操作温度70～80℃，优选为76～78℃；脱轻塔的回流比100～200，优选为150～170；

所述的脱轻塔顶冷凝器的温度为35～50℃，优选为40～45℃；

所述的精制塔的压力0.1～0.2MPaG，优选为0.12～0.15MPaG，精制塔的塔顶操作温度100～120℃，优选为105～115℃；精制塔的回流比5～10，优选为6～8；

所述的精制塔顶冷凝器的温度为100～120℃，优选为105～115℃；

所述的三氯化磷冷却器的温度为35～55℃，优选为40～45℃。

9.根据权利要求6所述的电子级五氯化磷连续合成工艺，其特征在于：步骤(2)中，所述的原料液氯的纯度≥99％wt，进料温度-10～20℃，优选为-6～10℃，进料压力0.2～0.7MPaG，优选为0.3～0.6MPaG，水含量200～100ppm；经过氯气吸附处理的氯气的水含量≤20ppm；

所述的液氯汽化器的操作温度45～80℃，优选为50～60℃；所述的液氯汽化器的操作压力0.1～0.5MPaG，优选为0.2～0.4MPaG。

10.根据权利要求6所述的电子级五氯化磷连续合成工艺，其特征在于：步骤(3)中，所述的五氯化磷合成釜的反应压力为0.01～0.1MPaG，优选为0.02～0.08MPaG；反应温度为78～120℃，优选80～100℃；

所述的氯气的进料流量与三氯化磷的进量流量的摩尔比为1.1:1～1.5:1，优选为1.15:1～1.3:1；

所述的冷凝器的操作温度为40～60℃，优选40～50℃。